“钢板桩+钢管内支撑”系统在大型深基坑中的应用

摘要：钢板桩作为一种新型环保建筑钢材，广泛应用于码头、堤防护岸、挡土墙、建桥围堰等工程中。但是当应用到建筑工程中的基坑支护体系时，却存在着一定的局限性，特别是用于软弱土层的深基坑中时，还需进一步进行探索和研究。本文通过工程实例展示了一种创新的“钢板桩+钢管内支撑”的支护体系，在施工过程中既保证了基坑的安全，也有效的保护了基坑周边的建构筑物，实现了钢板桩应用于大型深基坑的先例，同时也为钢板桩在大型深基坑中的应用提供了借鉴和参考。

关键词：钢板桩、钢管内支撑、支护体系、深基坑

中图分类号： TV551.4 文献标识码： A 文章编号：

目前在建筑工程中的基坑支护方案及工艺的选择，由于受到地质情况、周边环境及施工设备等因素的影响，如何在确保基坑的安全和稳定的前提下降低成本、缩短基坑施工工期，已成为一个首要考虑的因素。钢板桩作为一种新型环保建筑钢材和施工工艺，广泛应用于码头、堤防护岸、挡土墙、船坞、断流、建桥围堰等工程中。钢板桩支护具有以下的优点：

1、具有高强度、重量型、隔水性能好、耐久性强，使用寿命达到20～50年；

2、环保效果显著，可重复使用，在施工中可大大减少取土量和混凝土的使用量，有效保护土地资源；

3、施工简单，工期缩短，建设费用较省；

4、对场地和空间的要求低，不受天气条件的制约。

5、具有较强的救灾抢险的功能，能处理并解决挖掘过程中出现的一系列问题，尤其是在防洪、塌方、塌陷、流沙的抢险救灾中，见效特别快。

但是钢板桩在作为基坑的支护体系时，也具有一定的局限性。根据以往的施工经验，钢板桩一般适用于深度在6米以内的港口市政工程又或者是小型的基坑坑槽。当基坑的平面尺寸和深度超过钢板桩的有效使用长度时，特别是处于软弱土层环境时，钢板桩将难以满足对基坑边坡进行支护的要求。

由本人参建的广州某船厂饭堂工程就是一个处于软弱土层的深基坑项目，其基坑开挖深度为5米，平面呈矩形，轴线尺寸为97.2m×36.7m，基坑面积约4500m2，大楼上部结构共2层。根据现场踏勘以及对周边环境的了解，该工程地质以松散状的回填砂土以及软弱的淤泥质土层为主，而且临近珠江岸边，地下水位较高；在基坑西侧约9m外为一栋已建6层办公楼，距基坑边1.5～2.0m处还有一条厂区主电缆线管沟；北侧约3.5m外为工厂围墙，砖砌结构，南侧和东侧均为临时通道。由于该工程基坑最大的开挖深度超过5米，而且土质情况比较复杂，属于危险性较大的深基坑；同时本工程的工期也非常紧，只有短短的150天，因此基坑及地下室的施工对于整个工程来说至关重要。

在研究本基坑的支护方案的初期，设计单位提出的是冲孔桩或格栅型水泥土搅拌桩的支护形式。但是这两种支护形式的施工投入或强度龄期均不能满足施工成本和工期的要求。为了能够最大的利用施工现场空间、减少施工工期及成本，该基坑支护方案最终决定了使用钢板桩。由于基坑的面积比较大，钢板桩作为支护体系时必须增加合理的内支撑体系，以确保其安全和稳定。根据钢板桩的特性，其内支撑多数采用钢结构的形式，但是对于这种处于软弱土层地质的大型深基坑中采用钢板桩支护体系还是首次，国内并没有多少可以参考借鉴的案例。项目部通过对各种资料的分析和比较，在加上设计单位的验算复核，最终确定了一种水平钢管支撑配合钢板桩的支护形式来作为该工程深基坑的支护体系。其工艺原理就是：

1、在施工完钢板桩后，在钢板桩顶部加设型钢冠梁，并在冠梁围护壁上设置水平向钢管钢内撑，以提高围护壁抗主动土压力的能力。为了减少变形可在钢内撑一端预先施加轴向应力，以此来减少钢板桩围护壁的侧向变形或防止围护壁倒塌，保护周边建筑物的安全。

2、其内撑体系主要由围檩、主内撑杆、八字斜撑杆、支撑格构柱等杆件组成，围檀直接与围护壁相接触，围护壁上的力通过围檩传递给主内撑杆。考虑到主内撑杆受自重和施工荷载的作用，为减少其受力长度，提高安全度，在垂直主内撑杆轴线方向，设置若干条立柱，以承担主内撑杆自重，提高其安全性；同时在立柱的顶部、侧向设置限位装置，防止主内撑杆的横向及竖向的变形。

根据该基坑的施工特点，我们对这种支护形式进行了深化研究和计算，包括钢板桩有效桩长、规格尺寸、钢围檩的标高位置设计、内支撑杆件的尺寸和材料、支柱的位置选定、钢支撑与基坑围护围檩、立柱支撑的节点大样等，并最终定出了该套支撑体系的施工工艺流程为：

放样定位施工立柱桩（安装钢支架）基坑周边钢板桩施工吊装钢牛腿 钢围檩与钢板桩之间砼浇筑 吊装钢内撑 施加轴向应力

吊装八字撑 整体支护系统验收基坑土方开挖 地下室底板及侧壁施工基坑外侧回填 水平支撑拆除 地下室顶板施工

钢板桩拔除

在本工程中钢板桩规格采用的是拉森IV型钢板桩，规格为450×200×12×12000，钢围檩采用槽钢，规格为588×300×12×20，钢支撑采用钢管，规格为ø600×14。

该套支撑体系在安装的过程中以及安装完成后，都必须严格按照《钢结构工程质量检验评定标准》GB50221-95和《钢结构工程施工及验收规范》GB250205-95的标准进行验收，同时对钢内撑必须采取相应的监测记录，具体体现在以下几点：

1.钢内撑监测一般与基坑监测同步进行，监测内容有侧向位移、主内撑的变形（上凸、下凹）、钢内撑轴内变化等。

2．监测点位置，一般应设在钢内撑两头及中部，数量根据工程大小确定，一般内撑长度大于40m，中部至少设2个监测点。

3．位移和变形监测主要采用高精度经纬仪和水准仪，轴力监测采用弦式反力计和应力片，监测频率正常情况1~2次/天，异常情况4~6次/天。

4. 监测结果及时向各方通报，现场应实行信息化施工，根据监测结果指导基坑开挖，报警值一般为累计位移在大于20mm，日变化量大于5mm。

水平钢管内支撑配合钢板桩的基坑支护体系具有以下特点：

1、在大面积的深基坑中使用钢板桩作为基坑的支护体系，和传统的支护方式相比较，无需考虑混凝土的龄期，施工进度有较大的提高，而成本则大幅下降；

2、利用钢结构作为支护体系的围檩及内支撑，除了达到了快速施工的目的，也节省了大量的劳动力和施工材料；

3、在内支撑中预先施加了水平轴向的应力，同时在钢板桩和围檩之间增设混凝土冠梁进行刚性固接，使到整个支护体系刚柔结合，增强了其抗弯和抗剪性能；

4、钢板桩拆除时充分利用地下室侧壁结构的强度以及底板传力带作为换撑体系，以达到尽早拆除的目的；

5、整个支护系统都可以进行回收和循环利用；符合当今提倡的环保和绿色施工的理念；

总结：钢板桩+大跨度钢管支护体系，具有设备普通、操作方便，安装和拆除快捷简单。采用可回收循环使用的特定型钢，与传统的混凝土基坑支护体系对比不需砼养护期和拆除砼支撑，大大缩短施工周期，降低了施工成本。该支护体系成功地解决了深度在4至6米且处于软弱土层的大面积、大跨度深基坑采用钢板桩支护形式的难题，通过增加合理的超长钢管内支撑体系、在基坑内存在失稳危险的区域进行土体加固的方法，既保证了基坑在开挖和施工过程中的安全， 也有效的保护了基坑周边的建构筑物。该项工艺除了在建筑工程的深基坑中可以应用，对于类似环境中的江河围堰、码头堤岸、大型管道沟渠等施工过程中也可以借鉴和采用，有着广阔的应用前景。

但是在软弱土层深基坑采用该工艺时，需要注意的是必须对钢支撑辅助钢板桩体系进行整体稳定性验算，包括抗倾覆稳定性和抗倾覆稳定性验算等，同时对基坑周边有可能受到影响的道路、地下管线、建构筑物等必须提前做好加固或防护措施，并且在开挖施工过程中，做好实时监测工作和应急预案，确保施工过程中的安全。

参考文献：

谢春萍、《钢板桩钢支护结构在深基坑工程中的应用》、福建莆田皖西学院学报.2004,20(5).-75-78；